JP3549318B2

JP3549318B2 - 連続鋳造における非定常バルジング検知方法

Info

Publication number: JP3549318B2
Application number: JP01499996A
Authority: JP
Inventors: 啓八郎田中; 直治芳谷; 淳定木; 雅浩伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH09206906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造用鋳型内部の湯面レベルと２次冷却帯での鋳片搬送用ロールのうち何れかのロール（以下、鋳片搬送用代表ロールと言う）のロール反力との相関係数を利用して鋳造中に発生する非定常バルジングを検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速鋳造において鋳片の凝固が不足すると、内部が未凝固の部分の鋳片が２次冷却帯の鋳片搬送用ロール間で膨らみ、それが該ロールで圧縮されるために鋳片内部の溶鋼が押し上げられることにより、該ロール間隔と鋳造速度によって定まる周期を基本周期とした湯面レベルの変動が発生する。このような湯面レベルの変動を、一般に非定常バルジングによる湯面レベル変動と言う。
【０００３】
非定常バルジングにより湯面レベルが大きく変動したときには、鋳型から溶鋼が溢れ出るオーバーフローの発生や、凝固シェルの成長を阻害する結果ブレークアウトが発生する危険性が増加する。ブレークアウトが発生して鋳片内部の未凝固溶鋼が漏出した場合は、鋳造を停止してブレークアウトを起こした鋳片の排出および溶鋼が付着した鋳片搬送用ロールなどの設備を交換する必要があり、相当の期間にわたって操業の停止を余儀なくされる。このため、非定常バルジングによる湯面レベルの変動抑制対策の確立が望まれている。
【０００４】
このため従来から、一般にエアーマイクロメータまたは、渦流センサーなどを先端に取り付けたバルジングセンサーを鋳片搬送用ロール間に挿入して鋳片表面の変位を計測し、その計測値と基準値との大小を監視するかまたは、鋳型内部の湯面レベルの変動幅を算出し、その算出値と基準値との大小を監視することにより、非定常バルジングを検知する方法が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非定常バルジングを検知すると、一般に２次冷却帯の冷却水量を相当増加させるかまたは、鋳造速度を相当遅くするため連続鋳造操業の安定性に大きな影響を与える。そのため非定常バルジングの検知には、高精度なものが要求される。
【０００６】
前述したバルジングセンサーは、鋳片の表面温度や鋳片表面の盤上水によってその計測精度が大きく影響を受けるため、信頼性が低く、僅かに実験用として使用されているのみで、未だ非定常バルジングの高精度で安定した計測手段は確立されていない。
【０００７】
また、鋳型内部の溶鋼の上昇流や下降流によって誘引される定在波、鋳造速度の変化、タンディッシュの溶鋼重量変化および浸漬ノズル内の凝固物の付着や剥離などによっても湯面レベルの変動は発生し、それらによる湯面レベル変動と非定常バルジングによる湯面レベル変動との判別は相当に困難であり、操業者の長年の経験と勘によってその判別が行われているのが現状であり、湯面レベルの変動幅を用いた非定常バルジングの検知精度は、操業者の個人差によって大きく影響を受け、高精度で非定常バルジングを検知するには、熟練した操業者が必要である。
【０００８】
したがって本発明は、非定常バルジングによる湯面レベルの変動現象を用いて、非定常バルジングを高精度で検知することにより、連続鋳造操業の安定性の向上を実現することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、連続鋳造用鋳型内部の湯面レベルと２次冷却帯での鋳片搬送用代表ロールのロール反力を計測し、これら二つの計測値の相関係数の時間変化から非定常バルジングを検知する方法において、この相関係数の時間変化を求めるのに際して、離散的に連続する時刻（指標ｋ；自然数）の湯面レベル計測値をＬ（ｋ）およびロール反力計測値をＰ（ｋ）として、過去の時刻（ｋ−ｍ）（ｍ；自然数）の該計測値の重みを１未満の正定数ωのｍ乗として算出し、その算出値と予め設定した基準値との大小比較により非定常バルジングを検知することを特徴とする。
【００１０】
非定常バルジングは、一般に鋳片の凝固不足により発生すると考えられており、発生原因の研究が各種進められているが、未だその原因は究明されるに至っていない。
そこで、非定常バルジングによる湯面レベルの変動現象を用いて算出した鋳型内部の湯面レベルと２次冷却帯での鋳片搬送用代表ロールのロール反力（以後、単にロール反力と言う）との相関係数によって非定常バルジングを検知する方法を提案する。
【００１１】
湯面レベルとロール反力の計測値の一例をそれぞれの平均値と標準偏差を用いて正規化して図２に示す。図２の上段は定常鋳造時の場合、図２の下段は非定常バルング発生時の場合であり、それらの図の実線は湯面レベル、破線はロール反力である。またそれぞれの図に記入した数値は、それぞれの区間における二つの計測値の相関係数である。
【００１２】
図２より、湯面レベルとロール反力との相関関係は定常鋳造時と非定常バルジング発生時とでは明らかに異なり、定常鋳造時には一定の関係は認められないが、非定常バルジング発生時には、明らかな負の相関関係が認められ、湯面レベルとロール反力の変動には周期約１．５秒と周期約０．７秒の周期変動が認められる。これは、ロール間隔と鋳造速度によって定まる周期（約１．５秒）を基本周期とし、湯面レベルとロール反力とのうなり現象によってその２倍波が生じたためと考えられる。
【００１３】
これらのため、湯面レベルとロール反力との相関係数を算出して利用することにより、非定常バルジングを精度高く検知できる。すなわち、算出した相関係数が負の有意差がある場合は非定常バルジング発生時であり、逆に算出した相関係数が有意差がない場合は定常鋳造時である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の構成を示したブロック図であり、タンディツシュ１に収納され溶鋼２はその下に取付けられた浸漬ノズル３を経て一定周期で上下振動している鋳型４へ注湯される。鋳型４内の溶鋼２は、図示しない潤滑用の投入パウダが鋳型４の内壁に沿って流れ込んで形成されたパウダ膜を介して一次冷却されて図示しない凝固殻を形成し、これを周壁とする鋳片６は二次冷却水５によってさらに冷却され、鋳片搬送用ロール７で支持されてピンチロール８により下方へ引抜かれていく。
【００１５】
渦流センサーを用いた湯面レベル計９によって計測された鋳型４内部の湯面レベルと鋳片搬送用代表ロールの背面に設置されたロードセル１０によって計測されたロール反力は、Ａ／Ｄ変換器１１にてアナログ／ディジタル変換されて相関係数算出器１２へ与えられる。
【００１６】
相関係数算出器１２はＡ／Ｄ変換器１１からの二つの入力信号を、例えば０．１秒ないし０．２秒の所定ピッチで取込み、過去の計測値の影響を徐々に小さくするような１よりも小さい正の重み係数ω［−］を導入して、以下の手順にて湯面レベルとロール反力との相関係数を反復方式によって算出し、その算出値を比較器１３へ与える。
【００１７】
手順１：鋳片６の先端部がロール反力計１０に到達した時点の湯面レベルとロール反力の計測値をそれぞれの初期値、すなわちＬ（１）とＰ（１）とし、
ＳＬ（１）＝ＳＰ（１）＝ＳＬＬ（１）＝ＳＰＰ（１）＝ＳＬＰ（１）＝０
Ｄ（１）＝１
……（１）
としておく。
【００１８】
手順２：所定ピッチ毎に以下の積算値を算出する。
ＳＬ（ｋ＋１）＝ω×ＳＬ（ｋ）＋（Ｌ（ｋ＋１）−Ｌ（１））
ＳＰ（ｋ＋１）＝ω×ＳＰ（ｋ）＋（Ｐ（ｋ＋１）−Ｐ（１））
ＳＬＬ（ｋ＋１）＝ω×ＳＬＬ（ｋ）＋（Ｌ（ｋ＋１）−Ｌ（１））
×（Ｌ（ｋ＋１）−Ｌ（１））
ＳＰＰ（ｋ＋１）＝ω×ＳＰＰ（ｋ）＋（Ｐ（ｋ＋１）−Ｐ（１））
×（Ｐ（ｋ＋１）−Ｐ（１））
ＳＬＰ（ｋ＋１）＝ω×ＳＬＰ（ｋ）＋（Ｌ（ｋ＋１）−Ｌ（１））
×（Ｐ（ｋ＋１）−Ｐ（１））
Ｄ（ｋ＋１）＝ω×Ｄ（ｋ）＋１
……（２）
【００１９】
手順３：データ個数（Ｄ（ｋ＋１））が相関係数算出個数に到達しておれば、
ＡＬ＝ＳＬ（ｋ＋１）／Ｄ（ｋ＋１）
ＡＰ＝ＳＰ（ｋ＋１）／Ｄ（ｋ＋１）
ＣＬＬ＝ＳＬＬ（ｋ＋１）−ＡＬ×ＳＬ（ｋ＋１）
ＣＰＰ＝ＳＰＰ（ｋ＋１）−ＡＰ×ＳＰ（ｋ＋１）
ＣＬＰ＝ＳＬＰ（ｋ＋１）−ＡＬ×ＳＰ（ｋ＋１）
……（３）
などを算出して、過去の計測値の影響を徐々に小さくするような正の重み係数を用いた湯面レベルとロール反力との相関係数Ｒを
Ｒ＝ＣＬＰ／（ＣＬＬ×ＣＰＰ）^０．５ ……（４）
で求める。
【００２０】
ここで、Ｌ（ｋ）は時点ｋにおける湯面レベルの計測値［ｍｍ］、Ｐ（ｋ）は時点ｋにおけるロール反力の計測値［ｔｏｎ／ｃｍ^２］、ＳＬは湯面レベルの初期値からの偏差の重み付き積算値［ｍｍ］、ＳＰはロール反力の初期値からの偏差の重み付き積算値［ｔｏｎ／ｃｍ^２］、ＳＬＬは湯面レベルの初期値からの自乗偏差の重み付き積算値［ｍｍ^２］、ＳＰＰはロール反力の初期値からの自乗偏差の重み付き積算値［ｔｏｎ^２／ｃｍ^４］、ＳＬＰは湯面レベルとロール反力の初期値からの偏差の積の重み付き積算値［ｍｍ×ｔｏｎ／ｃｍ^２］、ＡＬは湯面レベルの初期値からの偏差の重み付き平均値［ｍｍ］、ＡＰはロール反力の初期値からの偏差の重み付き平均値［ｔｏｎ／ｃｍ^２］、ＣＬＬは湯面レベルの初期値からの偏差の重み付き自己分散値［ｍｍ^２］、ＣＰＰはロール反力の初期値からの偏差の重み付き自己分散値［ｔｏｎ^２／ｃｍ^４］、ＣＬＰは湯面レベルとロール反力の初期値からの偏差の共分散値［ｍｍ×ｔｏｎ／ｃｍ^２］である。
【００２１】
比較器１３は相関係数算出器１２にて算出した湯面レベルとロール反力との重みつき相関係数Ｒとその予め設定した基準値Ｒｓ（負の値をもつ基準値）との大小を比較し、
Ｒ≦Ｒｓ ……（５）
の場合には警報器１４にて警報を発生し、操業者による非定常バルジングによる湯面レベルの変動を抑制する適切な対策、例えば２次冷却帯の冷却水量を相当増加させるかまたは、鋳造速度を相当遅くするなどの対策を要求する。
【００２２】
【実施例】
鋳造完了後、操業者によって非定常バルジングが発生した判定された前後の実鋳造データ（湯面レベルとロール反力）を用いて、本発明による非定常バルジングの検知能力を評価した。その結果を図３に示す。
【００２３】
図３の上段は湯面レベルとロール反力との重みつき相関係数とその基準値であり、図の下段はそれぞれの平均値と標準偏差を用いて正規化した湯面レベルとロール反力の計測値であり、湯面レベルを実線で、ロール反力を破線で示した。ここで、非定常バルジングは図３上約５秒以降に発生したと事後に判定されている。また、過去の計測値の影響を徐々に小さくするような正の重み係数として、本実施例では
ω＝０．９５ ……（６）
を用いた。
【００２４】
図３より、本発明によるとき、非定常バルジングの検知遅れは約１．５秒程度であり、検知遅れを最短にした高精度な非定常バルジングの検知が可能であることが判った。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によるとき、非定常バルジングによる湯面レベルの変動現象を用いた鋳型内部の湯面レベルと鋳片搬送用代表ロールのロール反力との重みつき相関係数によって非定常バルジングを検知するので、高精度な検知が可能となり、これにより２次冷却水量の増加や鋳造速度の低下を行う回数を減少でき、操業の安定性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示したブロック図。
【図２】湯面レベルとロール反力の計測値の一例。
【図３】実施例の１例を表す非定常バルジング予知能力。
【符号の説明】
１：タンディツシュ
２：溶鋼
３：浸漬ノズル
４：鋳型
５：２次冷却水
６：鋳片
７：鋳片搬送用ロール
８：ピンチロール
９：湯面レベル計
１０：ロール反力計
１１：Ａ／Ｄ変換器
１２：相関係数算出器
１３：比較器
１４：警報器

Claims

連続鋳造用鋳型内部の湯面レベルと２次冷却帯の鋳片搬送用ロールのうち何れかのロールのロール反力を計測し、該二つの計測値の相関係数の時間変化から非定常バルジングを検知する方法において、
該相関係数の時間変化を求めるのに際して、離散的に連続する時刻（指標ｋ；自然数）の湯面レベル計測値をＬ（ｋ）およびロール反力計測値をＰ（ｋ）として、過去の時刻（ｋ−ｍ）（ｍ；自然数）の該計測値の重みを１未満の正定数ωのｍ乗として算出し、その算出値と予め設定した基準値との大小比較により非定常バルジングを検知することを特徴とする連続鋳造における非定常検知方法。